“독성 유해물질 배출없이” 은+셀레늄…고성능 열전소재 만든다 작성일 03-31 35 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">- 화학硏 강영훈 박사팀, 고밀도 은 셀레나이드 열전소재 제조 기술 개발</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="pNDVyvnQXN"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="dfeb977d94c30eca1350f7b9ad06688739e401e589335312958b3ae490533aa6" dmcf-pid="UjwfWTLxta" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="정명훈(왼쪽부터) 박사후연구원, 박병욱 선임연구원, 한미정 책임연구원, 강영훈 책임연구원.[한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/31/ned/20260331140900464gnzo.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="3OSeF1Eo1A" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/31/ned/20260331140900464gnzo.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 정명훈(왼쪽부터) 박사후연구원, 박병욱 선임연구원, 한미정 책임연구원, 강영훈 책임연구원.[한국화학연구원 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="c821a7820e84e53ebdb99e4cd7691adac40e4d40eab6d00b50db23c86c5af366" dmcf-pid="uAr4YyoMYg" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국화학연구원 강영훈 박사팀은 기존보다 낮은 온도·압력 조건에서 ‘은 셀레나이드(Ag2Se)’ 기반 친환경 고성능 열전 소재를 개발했다.</p> <p contents-hash="a60d79dd0cfde578b3e5bde095317f84fa4e69d4b449ad01f8f10fb44200fa3d" dmcf-pid="7cm8GWgRto" dmcf-ptype="general">열전소재는 전기로 소재 양면을 냉각·가열하는 펠티어(Peltier) 효과 방식과 온도 차이로 발전을 하는 제백(Seebeck) 효과 방식으로 나뉜다.</p> <p contents-hash="b93ef97575d86dc66d3841769ef0d9d832c71dbe41877387558a4f8fc8c078a1" dmcf-pid="zks6HYaeXL" dmcf-ptype="general">펠티어 방식의 경우 전기가 흐르면 표면 냉각이 되는 특성을 활용해 컴퓨터 부품에서 발생하는 열을 낮추는 쿨러, 캠핑용 소형 냉장고 등 냉각 용도의 제품이 많이 판매되고 있다. 제백 효과 방식은 우주 탐사 장비의 열전 발전기, 공장·차량 배기가스의 버려지는 열 활용 발전기 등 차세대 에너지 생산 기술로 활용·연구되고 있다.</p> <p contents-hash="3fd2977057cc10175e36619bc509a1b8a5275d30d86bb63d18af9996a776bded" dmcf-pid="qEOPXGNd1n" dmcf-ptype="general">현재 상용화된 대표적인 열전소재는 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 소재 계열이다. 그러나 재료로 쓰이는 텔루륨 등 희귀 원소가 가격 변동성이 크고 독성으로 인한 환경 부담 등 단점이 있었다. 또한 제조 시 분말 합금화와 응집 공정을 거치는데 높은 열전 성능을 얻기 위해 다양한 합금, 도핑 등 복잡한 조성 제어가 필요한 것으로 알려져 있다.</p> <p contents-hash="092eda1eb9c308703e521e401ea860795a3a536733381c5b1b90e67bb71b00f7" dmcf-pid="BDIQZHjJZi" dmcf-ptype="general">연구팀은 은 셀레나이드(Ag2Se) 소재를 활용했다. 상용 소재와 달리 매장량이 풍부한 은(Ag)과 셀레늄(Se)의 2가지 물질만 활용하여 재료를 단순화했고, 제조 과정에서 유해 물질의 배출이 없어 친환경적이다.</p> <p contents-hash="ce79d0bf2394d49f20358581e63673c3874666afbc9280989fbbc41f43f7d07f" dmcf-pid="bwCx5XAi1J" dmcf-ptype="general">연구팀은 은 셀레나이드(Ag2Se) 나노입자를 수용액 공정으로 합성한 뒤, 셀레늄(Se)을 추가로 첨가한 새로운 조성(Ag2Se1.2)을 설계했다. 이후 간단한 열처리 공정을 통해 고밀도 열전소재를 만들어냈다.</p> <p contents-hash="181744b5bc6a7e1079b2a866ba776b43c963224ac5e9d305a0e0df726faf557f" dmcf-pid="KrhM1ZcnGd" dmcf-ptype="general">핵심 원리는 셀레늄이 비교적 낮은 온도에서 액체로 변하는 특성을 활용하여 액상 소결과 유사한 효과를 구현한 것이다. 열처리 과정에서 셀레늄이 액체 상태가 되면서 은 셀레나이드(Ag2Se) 나노입자 사이로 스며들어, 빈 공간을 채우고 입자들을 서로 결합·성장시키면서 고밀도의 치밀한 구조를 형성한다. 이 구조는 전기가 잘 흐르면서도 열 전도율은 효과적으로 억제하여, 온도 차이에 따른 발전 효율과 열전 성능을 높인다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="71a0ff9c93f6c66c78562842a532d98a72a3d6e77175e8a413dd63c4a583f5ff" dmcf-pid="9mlRt5kL1e" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="열전소재 적용 사례.[한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/31/ned/20260331140900731lkpa.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="0eousrPKtj" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/31/ned/20260331140900731lkpa.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 열전소재 적용 사례.[한국화학연구원 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="43958d5c74df15f8c9f5094524fe1521431a9967bfc4dacdcc7428158bd29aa0" dmcf-pid="2sSeF1EoGR" dmcf-ptype="general">실험 결과, 개발된 n형 은 셀레나이드계 소재는 393K(약 120°C)에서 열전 성능지수(zT값) 0.927을 기록, 상용화된 n형 비스무스 텔루라이드계 소재의 성능지수 1.0에 근접한 결과를 보였다. 또한 압축 강도와 탄성률이 기존 소재 대비 2배 이상 향상되어 복잡한 형태의 제품에도 빈틈없이 맞춤 제작할 수 있는 가능성이 커졌다.</p> <p contents-hash="f56659c5bab72474edeb834ab633e0c303a166b6b05404e51a5286c8e0d7a326" dmcf-pid="Vtum64HlXM" dmcf-ptype="general">특히 최대 약 1000℃에 달하는 고온 공정이나 수백 메가파스칼(MPa) 수준의 고압 소결(응집) 공정 장비 없이, 약 350℃의 비교적 낮은 온도와 상압에서 열처리만으로 고밀도 구조를 형성할 수 있어 공정 단순화와 제조 비용 절감 가능성을 보여줬다.</p> <p contents-hash="e5c3c8c50fb8bc692cb1d4efd3d80d8d0b3af32c5d11da443a130594883de181" dmcf-pid="fF7sP8XSYx" dmcf-ptype="general">이번 기술은 산업 공정 폐열, 데이터센터, 태양열 발전 등에서 열을 전기로 바꾸는 소형 발전 시스템에 활용이 가능하다. 장기적으로는 웨어러블 IoT 기기나 헬스케어 센서의 보조 전원으로도 적용이 가능하다.</p> <p contents-hash="032a368acf04941039749daa88e535fffa9d7f4203065981d9a9d68bfb8baab2" dmcf-pid="43zOQ6ZvYQ" dmcf-ptype="general">연구팀은 “복잡한 도핑이나 고온·고압 공정 없이도 고성능 열전소재를 구현한 것이 핵심성과”라고 말했다.</p> <p contents-hash="6778bcee73ed567407411dad6181ae5aa5fb9a7cd53b98fbad1851e2e76729d6" dmcf-pid="80qIxP5THP" dmcf-ptype="general">이번 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘Advanced Composites and Hybrid Materials’에 게재됐다.</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 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